TWI743993B - 兩性分散劑-pac的製備與應用 - Google Patents

兩性分散劑-pac的製備與應用 Download PDF

Info

Publication number
TWI743993B
TWI743993B TW109131686A TW109131686A TWI743993B TW I743993 B TWI743993 B TW I743993B TW 109131686 A TW109131686 A TW 109131686A TW 109131686 A TW109131686 A TW 109131686A TW I743993 B TWI743993 B TW I743993B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
graphene oxide
pac
dispersant
item
scope
Prior art date
Application number
TW109131686A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202212381A (zh
Inventor
許貫中
劉幸怡
許永
黃中和
Original Assignee
國立臺灣師範大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立臺灣師範大學 filed Critical 國立臺灣師範大學
Priority to TW109131686A priority Critical patent/TWI743993B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI743993B publication Critical patent/TWI743993B/zh
Publication of TW202212381A publication Critical patent/TW202212381A/zh

Links

Images

Landscapes

  • Emulsifying, Dispersing, Foam-Producing Or Wetting Agents (AREA)

Abstract

本發明係揭示一種兩性分散劑-PAC的製備與應用，具有下式之結構：
Figure 109131686-A0305-02-0001-1
其中，m為10至5000之整數；n為10到5000之整數；R1為H、鹼金屬或NH4；R2為H、鹼金屬或NH4。故本發明之分散劑能降低氧化石墨烯在水泥質材料孔隙溶液中的聚集、增進其分散；本發明之分散劑加入含氧化石墨烯的水泥漿、水泥砂漿、混凝土等水泥質材料後，能夠提高材料的抗壓強度和抗彎強度。故本發明之PAC共聚物，實為一種性能優越的新型氧化石墨烯混凝土分散劑。

Description

兩性分散劑-PAC的製備與應用
本發明係有關於一種兩性分散劑-PAC的製備與應用，尤指一種能降低氧化石墨烯在水泥質材料孔隙溶液中的聚集、增進其分散，並於加入水泥漿、水泥砂漿、混凝土等水泥質材料後，能夠提高材料的抗壓強度和抗彎強度之兩性分散劑的製備與應用。
混凝土，由於原料來源廣泛、拌製方法簡單、成本低廉，硬度高、抗壓強度大等優點，故成為世界上用量最大的土木建築材料。其缺點則是具有脆性，抗拉、抗彎強度較弱，而且硬固過程中容易乾縮龜裂，耐久性不佳。為改善這些缺點，以往係透過配比設計、粒料級配改變、添加化學摻料如強塑劑(superplasticizer)或礦粉摻料如飛灰或爐石粉等的方式來改善或增進其性質。
如今隨著奈米科技的發展，有些研究便將奈米材料如奈米碳酸鈣、奈米改質黏土、奈米二氧化矽、奈米碳管、和石墨烯等加入水泥漿、水泥砂漿、混凝土等水泥質材料中。相較於礦粉摻料，奈米材料的粒徑更小、表面積更大，更能增加混凝土的硬固性質。
關於石墨烯加入水泥質材料的應用，由於水泥質材料的孔隙溶液為富含離子的水溶液，一般會先將疏水性(hydrophobic)的石墨烯氧化成帶有-COOH，-OH，環氧基等極性官能基的親水性(hydrophilic)氧化石墨烯後，再加入水泥質材料中。一些研究結果顯示添加適量的氧化石墨烯於水泥漿、水泥砂漿、混凝土中，能夠增加材料的抗壓強度和抗彎強度。
然而，氧化石墨烯添加於水泥質材料中，是否能如預期般的增加材料的硬固性質，關鍵之一在於是否能分散氧化石墨烯於水泥質材料中。目前輸氣劑、減水劑、以及強塑劑均有用來評估做為氧化石墨烯的分散劑。其中以羧酸系強塑劑(PCA)對於氧化石墨烯的分散效果最佳，但仍有改散空間。
為解決上述習知技術之缺點，本發明之一目的係提供一種新型兩性分散劑-PAC，作為氧化石墨烯的分散劑，能降低氧化石墨烯在水泥質材料孔隙溶液中的聚集、增進其分散。
為解決上述習知技術之缺點，本發明之另一目的係提供一種新型兩性分散劑-PAC，並於加入水泥漿、水泥砂漿、混凝土等水泥質材料後，能夠提高材料的抗壓強度和抗彎強度。
為達上述之目的，本發明之一種兩性分散劑-PAC的製備與應用，具有下式之結構：
Figure 109131686-A0305-02-0004-5
其中，m為10至5000之整數；n為10到5000之整數；R1為H、鹼金屬或NH4；R2為H、鹼金屬或NH4。
其中，該兩性分散劑係由丙烯醯胺單體和4-(3-((羧甲基)二甲基銨基)-丙胺)-4-氧代丁-2-烯酸鈉單體反應，聚合而得。
其中，其可作為在水泥質材料孔隙溶液中氧化石墨烯的分散劑。
其中，於加入含有氧化石墨烯的水泥質材料孔隙溶液中，能降低孔隙溶液的黏度、降低氧化石墨烯在孔隙溶液中的聚集、降低在孔隙溶液中氧化石墨烯的粒徑大小、增加氧化石墨烯在孔隙溶液中的懸浮時間。
其中，其係用作含有氧化石墨烯之混凝土組成物之分散劑，促進氧化石墨烯在水泥砂漿或混凝土中的分散，提高水泥砂漿或混凝土的抗壓強度和抗彎強度。
為達上述之目的，本發明之一種含有氧化石墨烯的水泥砂漿組成物，包括：一氧化石墨烯；一水泥質材料；以及如上所述之兩性分散劑。
其中，該水泥質材料係包括水、水泥、粒徑係150μm至4.75mm之細骨材及分散劑。
其中，該氧化石墨烯相對於該水泥質材料的重量比值係0.01至3%。
其中，該兩性分散劑相對於該氧化石墨烯的重量比值係0.1至20%
其中，該分散劑係兩性離子型分散劑。
為達上述之另一目的，本發明之一種含有氧化石墨烯的混凝土組成物，包括：一氧化石墨烯；一水泥質材料；以及如上所述之兩性分散劑。
其中，該水泥質材料係包括水、水泥、粒徑係150μm至4.75mm之細骨材、粒徑大於4.75mm之粗骨材及分散劑。
其中，該氧化石墨烯相對於該水泥的重量比值係0.01至3%。
其中，該兩性分散劑相對於該氧化石墨烯的重量比值係0.1至20%。
其中，該分散劑係兩性離子型分散劑。
為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
請參照圖1，其繪示如本發明實施例一中所合成之PAC樣品之IR光譜圖。
請參照圖2，其繪示如本發明實施例三中所合成之氧化石墨烯(GO)樣品之IR光譜圖。
請參照圖3(a)，其繪示如本發明實施例三中所合成之氧化石墨烯(GO)樣品之電子顯微鏡分析示意圖。
請參照圖3(b)，其繪示如本發明實施例三中所合成之氧化石墨烯(GO)樣品之能量色散X射線儀分析示意圖。
請參照圖4，其繪示如本發明之實施例六在添加有1~10wt%的PCA分散劑的懸浮液2中，在不同時間下氧化石墨烯(GO)沉降體積的變化示意圖。
請參照圖5，其繪示如本發明之實施例六在添加有0~10wt%的PAC分散劑的懸浮液2中，在不同時間下氧化石墨烯(GO)沉降體積的變化示意圖。
請參照圖6，其繪示如本發明之實施例七之分散劑含量對於含0.05wt%GO的懸浮液黏度的影響示意圖。
請參照圖7，其繪示如本發明之實施例八之分散劑含量對於含0.01wt%GO的懸浮液中GO D50粒徑的影響示意圖。
請參照圖8，其繪示如本發明之實施例九之PCA含量對砂漿抗壓強度的影響示意圖。
請參照圖9，其繪示如本發明之實施例九之PAC含量對砂漿抗壓強度的影響示意圖。
請參照圖10，其繪示如本發明之實施例十之PCA含量對砂漿抗彎強度的影響示意圖。
請參照圖11，其繪示如本發明之實施例十之PAC含量對砂漿抗彎強度的影響示意圖。
本發明係有關於製備一種兩性分散劑-PAC的製備與應用，其具有下列之結構：
Figure 109131686-A0305-02-0006-6
其中，m為10至5000之整數；n為10到5000之整數；R1為H、鹼金屬或NH4；R2為H、鹼金屬或NH4。
其中，在本發明之一具體實施例中，該兩性分散劑係例如但不限於由丙烯醯胺單體和4-(3-((羧甲基)二甲基銨基)-丙胺)-4-氧代丁-2-烯酸鈉單體反應，聚合而得。
在本發明之一具體實施例中，其可作為在水泥質材料孔隙溶液中氧化石墨烯的分散劑。
在本發明之一具體實施例中，其中，於加入含有氧化石墨烯的水泥質材料孔隙溶液中，能降低孔隙溶液的黏度、降低氧化石墨烯在孔隙溶液中的聚集、降低在孔隙溶液中氧化石墨烯的粒徑大小、增加氧化石墨烯在孔隙溶液中的懸浮時間。
在本發明之一具體實施例中，其係用作含有氧化石墨烯之混凝土組成物之分散劑，促進氧化石墨烯在水泥砂漿或混凝土中的分散，提高水泥砂漿或混凝土的抗壓強度和抗彎強度。
此外，本發明亦揭示一種含有氧化石墨烯的水泥砂漿組成物，包括：一氧化石墨烯；一水泥質材料；以及如上所述之兩性分散劑。
其中，在本發明之一具體實施例中，其中該水泥質材料係包括例如但不限於為水、水泥、以及粒徑係例如但不限於150μm至4.75mm之細骨材及分散劑。
其中，在本發明之一具體實施例中，該氧化石墨烯相對於該水泥質材料的重量比值係例如但不限於為0.01至3%。
其中，在本發明之一具體實施例中，該兩性分散劑相對於該氧化石墨烯的重量比值係例如但不限於為0.1至20%。
其中，在本發明之一具體實施例中，該分散劑係例如但不限於為由丙烯醯胺單體和4-(3-((羧甲基)二甲基銨基)-丙胺)-4-氧代丁-2-烯酸鈉單體反應，聚合而得的兩性離子型分散劑。
此外，本發明亦揭示一種含有氧化石墨烯的混凝土組成物，一氧化石墨烯；一水泥質材料；以及如上所述之兩性分散劑。
其中，在本發明之一具體實施例中，該水泥質材料係包括水、水泥以及粒徑係例如但不限於為150μm至4.75mm之細骨材、粒徑大於4.75mm之粗骨材及分散劑。
其中，在本發明之一具體實施例中，該氧化石墨烯相對於該水泥的重量比值係例如但不限於為0.01至3%。
其中，該兩性分散劑相對於該氧化石墨烯的重量比值係例如但不限於為0.1至20%。
其中，該分散劑係例如但不限於為由丙烯醯胺單體和4-(3-((羧甲基)二甲基銨基)-丙胺)-4-氧代丁-2-烯酸鈉單體反應，聚合而得的兩性離子型分散劑。
以下之實施例敘述有助於本發明之實體應用，該等實施例在此僅作為說明之用，而非用於限制本發明範圍。
本發明之兩性分散劑的製備與應用的合成方法可用以下實施例說明。
實施例一：合成PAC共聚物
先取49公克(g)馬來酸酐(Maleic anhydride)溶於200g丙酮中，置入反應瓶中。冰浴下逐滴加入51g N,N-二甲基-1,3-丙二胺(N,N'-Dimethyl-1,3-propyldiamine)後，通氮氣下持續反應6小時。經抽氣過濾後，收集濾物再以丙酮純化。置入60℃烘箱乾燥24小時，即可得到粉紅色粉末4-(3-(二甲基胺基)丙胺)-4-氧代丁-2-烯酸(4-(3-(dimethylamino)propylamine)-4-oxobut-2-enoic acid，簡稱DAPA)，產率約85%。
再取80g DAPA溶於240毫升(mL)去離子水中，置入反應瓶加入46.6g氯醋酸鈉，於室溫下攪拌反應6小時再以丙酮純化，置入烘箱除去溶劑後得到4-(3-((羧甲基)二甲基銨基)-丙胺)-4-氧代丁-2-烯酸鈉(Disodium (4-(3-((carboxymethyl)dimethylammonio)propylamino)-4-oxobut-2-enoate)，簡稱CDP)單體，產率約90%。
最後，取26g丙烯醯胺和22g CDP單體，溶於200毫升去離子水後，置入反應器中，將反應溫度慢慢升至85℃，然後逐滴加入2g之起始劑-過硫酸銨(APS)，持續反應5小時後，以適量丙酮純化後，置於烘箱中60℃下烘乾，即可得到PAC共聚物，產率約75%。
實施例二：PAC樣品的IR光譜量測分析
取適量PAC樣品，利用IR光譜儀(Perkin Elmer Paragon 500 FT-IR,美)測定得到其IR光譜圖。
請參照圖1，其繪示如本發明實施例一中所合成之PAC樣品之IR光譜圖。如圖1所示，可以看到該PAC的IR光譜分別在波數3444cm-1、1704cm-1、1277cm-1及1048cm-1處有吸收峰。
實施例三：製備氧化石墨烯(GO)
使用Hummers方法將石墨烯(GA，購自台灣高達光公司，型號MNG-10050)氧化成氧化石墨烯，其步驟如下：在冰浴中的500mL燒杯內加入50mL 14M(體積莫耳濃度)濃硫酸、1g石墨烯和1.5g硝酸鈉，攪拌30分鐘後，再加入6g過錳酸鉀，攪拌反應1小時；然後將燒杯從冰浴轉移到油浴並升溫到35℃，再繼續攪拌反應2小時；之後將溫度上升並維持在95℃攪拌反應1小時，冷卻至室溫後，加入50mL 30%雙氧水，使溶液變為黃色，分別用1M鹽酸和去離子水清洗、過濾後，置於烘箱中60℃下24小時後得到乾燥的氧化石墨烯(GO)固體。
實施例四：GO樣品的IR光譜量測分析
取適量GO樣品，利用IR光譜儀(Perkin Elmer Paragon 500 FT-IR，美)測定得到其IR光譜圖。
請參照圖2，其繪示如本發明實施例三中所合成之氧化石墨烯(GO)樣品之IR光譜圖。如圖2所示，可以看到氧化石墨烯(GO)的IR光譜在1643cm-1位置為苯環上的C=C吸收峰；另外，分別在波數3443cm-1、1740cm-1、1190 cm-1、1055cm-1處有吸收峰，顯示GO樣品帶有-COOH、-OH，環氧基等親水性官能基，證實已將GA氧化成氧化石墨烯。
實施例五：GO樣品的SEM觀察和EDX量測分析
取適量GO樣品，利用電子顯微鏡(SEM，Jeol JSM-6300 scanning electron microscope，美國)，搭配能量色散X射線儀(EDX)，測定得到其SEM圖和EDX元素分析。
請一併參照圖3(a)及圖3(b)，其中，圖3(a)繪示如本發明實施例三中所合成之氧化石墨烯(GO)樣品之電子顯微鏡觀察示意圖；圖3(b)繪示如本發明實施例三中所合成之氧化石墨烯(GO)樣品之能量色散X射線儀量測分析示意圖。如圖3(a)所示，可以看到氧化石墨烯的形狀呈現皺摺片狀的結構，而在圖3(b)中則可看到EDX元素分析得到GO的碳氧比(C/O)為1.1/1。
實施例六：將氧化石墨烯(GO)粉體與去離子水分別以5：1000之重量比例配製懸浮液1，即GO的添加量為0.5wt%(相對於去離子水之重量比例)。氧化石墨烯(GO)粉體與人工模擬的孔隙溶液分別以5：1000之重量比例配製懸浮液2，即GO的添加量為0.5wt%(相對於孔隙溶液之重量比例)。並分別根據不同重量比例的分散劑與GO粉體，如0：100、1：100、3：100、5：100和10：100，將分散劑加入懸浮液2中，即分散劑的添加量分別為0wt%、1wt%、3wt%、5wt%和10wt%(相對於GO之重量比例)。將各懸浮液分別以超音波震盪30分鐘，倒入50mL量筒，觀察各懸浮液中GO粉體懸浮層高度隨著時間的變化情形。分散劑分別為PCA和PAC。分散劑分別為PCA(羧酸型強塑劑，來自台灣有麒公司，型號PC)和PAC(本發明的分散劑)；人工模擬孔隙溶液，係由0.4莫耳(mole)NaOH、0.04 mole K2SO4、0.32 mole KOH和0.001 mole Ca(OH)2配成1L的水溶液。表1為此人工模擬孔隙溶液所含的離子種類和濃度。
Figure 109131686-A0305-02-0010-8
Figure 109131686-A0305-02-0011-9
在實驗過程中可以發現未添加任何分散劑的懸浮液1，即GO粉體置於去離子水中，經過超音波震盪30分鐘，倒入50mL量筒後，經過了48小時，GO粉體仍然懸浮在量筒中的去離子水中沒有沉澱跡象，顯示GO粉體確實分散於去離子水中。相對的，未添加任何分散劑的懸浮液2經過1小時後，其中的GO粉體已經全部沉降到量筒底部，顯示GO粉體不易分散於孔隙溶液中。若懸浮液2中添加有1~10wt%的PCA分散劑，則懸浮液中的GO粉體沉降速度較慢、維持混濁的時間較長，經過一段時間後GO粉體才會全部沉降到量筒底部。
請參照圖4，其繪示如本發明之實施例六在添加有1~10wt%的PCA分散劑的懸浮液2中，在不同時間下氧化石墨烯(GO)沉降體積的變化示意圖。
如圖4所示，其中GO的添加量為0.05wt%。觀察發現未添加任何分散劑的懸浮液2經過1小時後其中的GO粉體已經全部沉降到量筒底部；若懸浮液2中添加有1~10wt%的PCA，則懸浮液中的GO粉體沉降速度較慢、維持混濁的時間較長，約在3小時後GO粉體才會全部沉降到量筒底部。
請參照圖5，其繪示如本發明之實施例六在添加有0~10wt%的PAC分散劑的懸浮液2中，在不同時間下氧化石墨烯(GO)沉降體積的變化示意圖。
如圖5所示，其中GO的添加量為0.05wt%。可以觀察到添加1~10wt% PAC的GO懸浮液，經過3小時後懸浮液仍保持混濁狀態。添加1wt%的PAC之懸浮液2，約在7小時後GO粉體才會全部沉降到量筒底部；而添加10wt%的PAC之懸浮液2，則在48小時後GO粉體才會全部沉降到量筒底部。由圖5的結果得知PAC對於孔隙溶液中GO的分散效果優於PCA。
實施例七： 將氧化石墨烯(GO)粉體與人工模擬的孔隙溶液分別以5：1000之重量比例配製懸浮液2，即GO的添加量為0.05wt%(相對於孔隙溶液之重量比例)。並分別根據不同重量比例的分散劑與GO粉體，如0：100、1：100、3：100、5：100、10：100和20：100，將分散劑加入懸浮液2中，即分散劑的添加量分別為0wt%、1wt%、3wt%、5wt%和10wt%(相對於GO之重量比例)。將各懸浮液分別以超音波震盪30分鐘，倒入容器中，利用黏度儀(Brookfield DV-Ⅱ，AMETEK Brookfield，美國)測量其黏度。分散劑分別為PCA和PAC；人工模擬孔隙溶液所含的離子種類和濃度如表1所示。
請參照圖6，其繪示如本發明之實施例七之分散劑含量對於含0.05wt%GO的懸浮液黏度的影響示意圖。
如圖6所示，其中，未添加分散劑的懸浮液2之黏度約為20mPa．s；添加了分散劑後均可以降低GO的聚集、增加GO的分散，因此能降低GO懸浮液2的黏度。隨著PCA添加量的增加，GO懸浮液2的黏度便隨之下降，至PCA添加量為3wt%時，懸浮液2的黏度為最低，約為13mPa．s，之後懸浮液2的黏度稍為回升；相對的，隨著PAC添加量的增加，GO懸浮液2的黏度亦隨之下降，至PAC添加量為10wt%時，懸浮液2的黏度為最低，約為4mPa．s。結果顯示添加PAC的GO懸浮液2之黏度明顯低於添加PCA者。原因為帶正電荷(N+)官能基的PAC分子，相較於帶極性(-OH，-O-)官能基的PCA分子，預期更能吸附在帶負電荷(-CO2 -)的氧化石墨烯表面，降低了GO表面的負電荷(-CO2 -)官能基與孔隙溶液中Ca2+離子的結合而彼此聚集，因而對GO有更好的分散效果。故添加本發明之新型PAC共聚物，能降低孔隙溶液中GO的團聚，增進GO粉體的分散，因此降低GO懸浮液的黏度。
實施例八：將氧化石墨烯(GO)粉體與人工模擬的孔隙溶液分別以1：1000之重量比例配製懸浮液，即GO的添加量為0.1wt%(相對於孔隙溶液之重量比例)。並分別根據不同重量比例的分散劑與GO粉體，如0：100、3：100、5：100、7：100、和10：100，將分散劑加入懸浮液中，即分散劑的添加量分別為0wt%、3wt%、 5wt%、7wt%和10wt%(相對於GO之重量比例)。將各懸浮液分別以超音波震盪30分鐘後，從中取出少量液體，利用粒徑量測儀(ELSZ-2000，Otsuka Electronics，日)測量懸浮液中GO的粒徑。分散劑分別為PCA和PAC；人工模擬孔隙溶液所含的離子種類和濃度如表1所示。
請參照圖7，其繪示如本發明之實施例八之分散劑含量對於含0.01wt%GO的懸浮液中GO D50粒徑的影響示意圖。
如圖7所示，其中，未添加分散劑的懸浮液中GO D50粒徑(係指懸浮液中GO的累計粒度分佈百分數達到50%時所對應的粒徑)約為1.8μm；添加了分散劑後可以增加GO的分散降低其團聚，因此能降低懸浮液之GO D50粒徑。隨著PCA添加量的增加，GO D50粒徑先隨之下降，至PCA添加量約為7wt%時，GO D50粒徑達到最低值(=1.4μm)，之後GO D50粒徑再降的幅度很小；相對的，隨著PAC添加量的增加，GO D50粒徑隨之下降，至PAC添加量為10wt%時，GO D50粒徑為最低值(=0.4μm)。結果顯示添加PAC的懸浮液中GO D50粒徑明顯低於添加PCA者。故添加本發明之新型PAC共聚物，能降低孔隙溶液中GO的團聚，增進GO粉體的分散，降低懸浮液中GO粒徑。
實施例九：將242.5g水、500g水泥、1375g砂、0.25g GO和適量的分散劑，拌製水灰比0.485的水泥砂漿，其中使用的水泥係來自台灣水泥公司的卜特蘭第I型水泥，使用的細砂為渥太華標準砂(Ottawa standard sand)，砂/水泥的重量比為2.75，分散劑為PCA(羧酸型強塑劑，來自台灣有麒公司，型號PC)或PAC，GO的添加量為0.05wt%(相對於水泥重量比例)；分散劑的添加量為0、3或10wt%(相對於水泥的重量百分比)。此外，新拌砂漿中會添加適量的PCA使其流度控制在一定的數值(介於205mm和215mm之間)。砂漿的流度測試，係依據ASTM C230規範進行。
將拌製好的水泥砂漿(W/C=0.485)，填入模具製作成5x5x5cm3的試體。置於恆溫恆濕箱(25℃，95 RH%)養護，根據ASTM C109，以萬能材料 試驗機(弘達HT-9501)測試得齡期3、7、28天砂漿試體的抗壓強度，取三個試體測試之平均值。
請參照圖8，其繪示如本發明之實施例九之PCA含量對砂漿抗壓強度的影響示意圖。
如圖8所示，其中，砂漿中GO/水泥的重量比為0~0.05wt%，含0wt%GO的砂漿代號為M0；含0.05wt%GO、不含分散劑的砂漿代號為MG0；含0.05wt%GO、3wt% PCA(相對於水泥重量比例)的砂漿代號為MG11；含0.05wt%GO、10wt% PCA(相對於水泥重量比例)的砂漿代號為MG12。結果顯示試體的抗壓強度隨著養護時間增加而上升。添加0.05wt%GO的MG0、MG11、MG12試體在齡期3、7、28天的抗壓強度均高於未添加GO的M0試體；添加0.05wt%GO、且又添加3wt%和10wt%PCA的MG11和MG12試體在齡期3、7、28天的抗壓強度均略高於添加0.05wt%GO、但未添加分散劑的MG0試體；其中以MG11試體在齡期3~28天有最高的抗壓強度。
請參照圖9，其繪示如本發明之實施例九之PAC含量對砂漿抗壓強度的影響示意圖。
如圖9所示，其中，砂漿中GO/水泥的重量比為0~0.05wt%，含0wt%GO的砂漿代號為M0；含0.05wt%GO、不含分散劑的砂漿代號為MG0；含0.05wt%GO、3wt% PAC(相對於水泥重量比例)的砂漿代號為MG21；含0.05wt%GO、10wt% PAC(相對於水泥重量比例)的砂漿代號為MG22。結果顯示添加0.05wt%GO的MG0、MG21、MG22試體在齡期3、7、28天的抗壓強度均高於未添加GO的M0試體；添加0.05wt%GO、且又添加3wt%和10wt%PAC的MG21和MG22試體在齡期3、7、28天的抗壓強度均高於添加0.05wt%GO、但未添加分散劑的MG0試體；其中以MG22試體在齡期3-28天有最高的抗壓強度。
比較圖8和圖9的結果可以發現MG22試體在齡期3、7、28天的抗壓強度高於MG11和MG12試體。此因添加本發明之新型PAC共聚物，相較於PCA，更能降低GO的團聚，增進GO粉體的分散，故含有PAC的GO之 砂漿試體的抗壓強度高於含有PCA者。因此，本發明之新型PAC，確實能夠增加含有GO之水泥砂漿的抗壓強度。
實施例十：將242.5g水、500g水泥、1375g砂、0.25g GO和適量的分散劑，拌製水灰比0.485的水泥砂漿，其中使用的水泥係來自台灣水泥公司的卜特蘭第I型水泥，使用的細砂為渥太華標準砂(Ottawa standard sand)，砂/水泥的重量比為2.75，分散劑為PCA(羧酸型強塑劑，來自台灣有麒公司，型號PC)或PAC，GO的添加量為0.05wt%(相對於水泥重量比例)；分散劑的添加量為0、3或10wt%(相對於水泥的重量百分比)。此外，新拌砂漿中會添加適量的PCA使其流度控制在一定的數值(介於205mm和215mm之間)。砂漿的流度測試，係依據ASTM C230規範進行。
將拌製好的水泥砂漿(W/C=0.485)，填入模具製作成4x4x16cm3的試體。置於恆溫恆濕箱(25℃，95 RH%)養護，根據ASTM C348，以萬能材料試驗機(弘達HT-9501)測試得齡期3、7、28天砂漿試體的抗彎強度，取三個試體測試之平均值。
請參照圖10，其繪示如本發明之實施例十之PCA含量對砂漿抗彎強度的影響示意圖。
如圖10所示，其中，砂漿中GO/水泥的重量比為0~0.05wt%，含0wt%GO的砂漿代號為M0；含0.05wt%GO、不含分散劑的砂漿代號為MG0；含0.05wt%GO、3wt% PCA(相對於水泥重量比例)的砂漿代號為MG11；含0.05wt%GO、10wt% PCA(相對於水泥重量比例)的砂漿代號為MG12。結果顯示試體的抗彎強度隨著養護時間增加而上升。添加0.05wt%GO的MG0、MG11、MG12試體在齡期3、7、28天的抗彎強度均高於未添加GO的M0試體；添加0.05wt%GO、且又添加3wt%和10wt% PCA的MG11和MG12試體在齡期3、7、28天的抗彎強度均略高於添加0.05wt%GO；其中以MG11試體在齡期3~28天有最高的抗彎強度。
請參照圖11，其繪示如本發明之實施例十之PAC含量對砂漿抗彎強度的影響示意圖。
如圖11所示，其中，砂漿中GO/水泥的重量比為0~0.05wt%，含0wt%GO的砂漿代號為M0；含0.05wt%GO、不含分散劑的砂漿代號為MG0；含0.05wt% GO、3wt% PAC(相對於水泥重量比例)的砂漿代號為MG21；含0.05wt%GO、10wt% PAC(相對於水泥重量比例)的砂漿代號為MG22。結果顯示添加0.05wt%GO的MG0、MG21、MG22試體在齡期3、7、28天的抗彎強度均高於未添加GO的M0試體；添加0.05wt%GO、且又添加3wt%和10wt%的MG21和MG22試體在齡期3、7、28天的抗彎強度均高於添加0.05wt%GO、但未添加分散劑的MG0試體；其中以MG22試體在齡期3~28天有最高的抗彎強度。比較圖10和圖11的結果可以發現MG22試體在齡期3、7、28天的抗彎強度高於MG11和MG12試體。此因添加本發明之新型PAC共聚物，相較於PCA，更能降低GO的團聚，增進GO粉體的分散，故含有PAC的GO之砂漿試體的抗彎強度較高於含有PCA者。因此，本發明之新型PAC，確實能夠增加含有GO之水泥砂漿的抗彎強度。
因此，本發明之PAC兩性分散劑，對於GO的分散效果明顯優於PCA、PAC，係由丙烯醯胺(AM)、和4-(3-((羧甲基)二甲基銨基)-丙胺)-4-氧代丁-2-烯酸鈉(CDP)，進行聚合反應形成。從含GO之孔隙溶液(pore solution)的黏度測試、沉降實驗、GO粒徑分析結果顯示，相較於羧酸系強塑劑(PCA)，添加本發明的PAC，對於孔隙溶液中的GO有較佳的分散能力；添加PAC於含有GO的水泥砂漿中，比起添加PCA者或未添加分散劑者，具有較高的抗壓強度和抗彎強度。因此本發明之兩性分散劑-PAC實為一種性能優越的氧化石墨烯分散劑。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。
Figure 109131686-A0305-02-0002-4

Claims (14)

  1. 一種兩性分散劑-PAC的應用，該兩性分散劑-PAC具有下式之結構：
    Figure 109131686-A0305-02-0018-10
     其中，m為10至5000之整數；n為10到5000之整數；R1為H、鹼金屬或NH4；R2為H、鹼金屬或NH4，其中該兩性分散劑-PAC可作為在水泥質材料孔隙溶液中氧化石墨烯的分散劑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之兩性分散劑-PAC的應用，其中該兩性分散劑係由丙烯醯胺單體和4-(3-((羧甲基)二甲基銨基)-丙胺)-4-氧代丁-2-烯酸鈉單體反應，聚合而得。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之兩性分散劑-PAC的應用，其中，於加入含有氧化石墨烯的水泥質材料孔隙溶液中，能降低孔隙溶液的黏度、降低氧化石墨烯在孔隙溶液中的聚集、降低在孔隙溶液中氧化石墨烯的粒徑大小、增加氧化石墨烯在孔隙溶液中的懸浮時間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之兩性分散劑-PAC的應用，其係用作含有氧化石墨烯之混凝土組成物之分散劑，促進氧化石墨烯在水泥砂漿或混凝土中的分散，提高水泥砂漿或混凝土的抗壓強度和抗彎強度。
  5. 一種含有氧化石墨烯的水泥砂漿組成物，包括：一氧化石墨烯；一水泥質材料；以及如申請專利範圍第1項中所述之兩性分散劑-PAC。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之含有氧化石墨烯的水泥砂漿組成物，其中該水泥質材料係包括水、水泥、粒徑係150μm至4.75mm之細骨材及分散劑。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之含有氧化石墨烯的水泥砂漿組成物，其中該氧化石墨烯相對於該水泥質材料的重量比值係0.01至3%。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之含有氧化石墨烯的水泥砂漿組成物，其中，該兩性分散劑-PAC相對於該氧化石墨烯的重量比值係0.1至20%。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之含有氧化石墨烯的水泥砂漿組成物，其中該兩性分散劑-PAC係兩性離子型分散劑。
  10. 一種含有氧化石墨烯的混凝土組成物，包括：一氧化石墨烯；一水泥質材料；以及如申請專利範圍第1項中所述之兩性分散劑-PAC。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之含有氧化石墨烯的混凝土組成物，其中該水泥質材料係包括水、水泥、粒徑係150μm至4.75mm之細骨材、粒徑大於4.75mm之粗骨材及分散劑。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之含有氧化石墨烯的混凝土組成物，其中該氧化石墨烯相對於該水泥質材料的重量比值係0.01至3%。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之含有氧化石墨烯的混凝土組成物，其中該兩性分散劑-PAC相對於該氧化石墨烯的重量比值係0.1至20%。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之含有氧化石墨烯的混凝土組成物，其中該兩性分散劑-PAC係兩性離子型分散劑。
TW109131686A 2020-09-15 2020-09-15 兩性分散劑-pac的製備與應用 TWI743993B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109131686A TWI743993B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 兩性分散劑-pac的製備與應用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109131686A TWI743993B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 兩性分散劑-pac的製備與應用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI743993B true TWI743993B (zh) 2021-10-21
TW202212381A TW202212381A (zh) 2022-04-01

Family

ID=80782681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109131686A TWI743993B (zh) 2020-09-15 2020-09-15 兩性分散劑-pac的製備與應用

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI743993B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200823161A (en) * 2006-11-17 2008-06-01 Univ Nat Taiwan Normal Application of fluidity-retention agent
CN103130436A (zh) * 2013-03-25 2013-06-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 氧化石墨烯和石墨烯增强水泥基复合材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200823161A (en) * 2006-11-17 2008-06-01 Univ Nat Taiwan Normal Application of fluidity-retention agent
CN103130436A (zh) * 2013-03-25 2013-06-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 氧化石墨烯和石墨烯增强水泥基复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202212381A (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. A novel branched claw-shape lignin-based polycarboxylate superplasticizer: Preparation, performance and mechanism
Yang et al. Effects of nano silica on the properties of cement-based materials: A comprehensive review
Kanchanason et al. Role of pH on the structure, composition and morphology of CSH–PCE nanocomposites and their effect on early strength development of Portland cement
Sargam et al. Effects of anionic and nonionic surfactants on the dispersion and stability of nanoSiO2 in aqueous and cement pore solutions
Akhlaghi et al. Modified poly (carboxylate ether)-based superplasticizer for enhanced flowability of calcined clay-limestone-gypsum blended Portland cement
Gu et al. Synthesis of nanoSiO2@ PCE core-shell nanoparticles and its effect on cement hydration at early age
Collodetti et al. Exploring the potential of siloxane surface modified nano-SiO2 to improve the Portland cement pastes hydration properties
Arrechea et al. Effect of additions of multiwall carbon nanotubes (MWCNT, MWCNT-COOH and MWCNT-Thiazol) in mechanical compression properties of a cement-based material
Zhu et al. Comb-typed polycarboxylate superplasticizer equiped with hyperbranched polyamide teeth
KR101385237B1 (ko) 실리카퓸을 이용한 나노크기의 규산칼슘 수화물 제조방법
CN105601787B (zh) 一种兼具高减水和降粘效果的水泥分散剂的制备方法
Ren et al. Preparation and properties of nanosilica-doped polycarboxylate superplasticizer
CN106830803B (zh) 一种早强型无碱速凝剂生产工艺及其制品
Ma et al. Effects of structure on the properties of low-molecular-weight superplasticizer using phosphonate as the adsorption group
CN106277901A (zh) 一种纤维状纳米硅酸盐混凝土外加剂及其制备方法
Amini et al. The synergic effects of metakaolin and polycarboxylate-ether on dispersion of graphene oxide in cementitious environments and macro-level properties of graphene oxide modified cement composites
CN106866017B (zh) 一种无碱速凝剂及其制品
Qu et al. Carbon dots as a superior building nanomaterial for enhancing the mechanical properties of cement-based composites
Wang et al. Effects of anionic and nonionic surfactants on the dispersion and stability of nanoSiO2 in aqueous and cement pore solutions
TWI743993B (zh) 兩性分散劑-pac的製備與應用
Zhu et al. Calcium‐silicate‐hydrates/polycarboxylate ether nanocomposites doped by magnesium: Enhanced stability and accelerating effect on cement hydration
Li et al. Synthesis of polycarboxylate superplasticizer modified by β‐cyclodextrin for possessing clay tolerance
Long et al. A facile approach to disperse metakaolin for promoting compressive strength of cement composites
Fu et al. Catalysis and regulation of graphene oxide on hydration properties and microstructure of cement-based materials
Miao et al. Effects of hybrid graphene oxide-nanosilica on calcium silicate hydrate in the simulation environment and cement